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户用型微电网恒功率控制方法的研究

 摘 要: 针对光储独立微网中直流母线电压易受光伏发电功率及负载用电功率的波动影响,通过类推V?I下垂控制提出一种功率?电流(P?I)控制策略,用控制系数k来改变与光伏发电输出功率的数学关系,以实现微网的功率平衡,可有效抑制微网直流母线电压的波动。通过建立光伏电池及蓄电池数学模型,分析PV发电输出功率与负荷功率的關系,推导出系数k与光照强度及储能充放电电流之间的关系式,设计了一种P?I控制器。Simulink仿真结果表明,该P?I控制方法能有效地协调控制直流母线功率平衡,有效地提高系统的稳定性。 
  关键词: 户用型微电网; 下垂控制; 功率平衡; P?I控制 
  中图分类号: TN876?34; TM615 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2017)24?0151?03 
  Abstract: Since the DC bus voltage in optical storage independent micro?grid is easily influenced by the fluctuation of photovoltaic power generation’s power and load electrical power, a P?I control strategy is proposed on the basis of the analogy of the V?I droop control. The control coefficient k is used to change the mathematic relation with output power of PV power generation to realize the power balance of the micro?grid, and suppress the fluctuation of the DC bus voltage in the micro?grid effectively. By establishing the mathematical models of the PV cell and accumulator, the relationship between the load power and output power of PV power generation is analyzed, the relational expressions of the coefficient k and the light intensity, and the coefficient k and stored energy’s charging and discharging current are deduced, and a P?I controller is designed. The Simulink simulation results show that the P?I control method can effectively control the power balance of DC bus, and improve the system stability. 
  Keywords: household micro?grid; droop control; power balance; P?I control 
  户用型光储微网充分利用了分布式光伏发电绿色环保和紧靠本地负荷的优势,同时又解决了太阳能地域分散性的劣势而广泛受到关注。家庭常开大功率电器多为空调类负荷(如空调、冰箱、冰柜),随着全球气候变暖,空调类负载数量出现了大幅增长,且增长的趋势还会加快[1]。 
  文献[2]通过推导逆变器占空比与母线电压之间的传递函数提出了一种新型的控制策略。文献[3]通过对常规的P?f和Q?V下垂控制进行优化,提出了一种以下垂控制为基础的间接新型恒功率控制方法。文献[4]提出了一种分布式控制算法,通过实时调整下垂参数,使荷电状态更大的电池为系统提供更多的有功功率。文献[5]提出一种微电网分布式控制,该控制策略在常规V?I下垂控制的基础上加入了平均电压控制和功率协调控制两个环节。基于此种情况,本文针对保证恒功率负载的用电,根据V?I下垂控制提出一种P?I控制法,对光伏与储能单元进行协调控制,并设计P?I控制器,实现母线功率的平衡。 
  1 微电网控制策略 
  1.1 光伏电池板(PV)模型 
  PV电池板的工作原理可等效为图1所示的电路。图中RL为PV电池的外接负载,负载两端的电压(PV电池的输出电压)为UL,流经负载的电流(PV电池的输出电流)为IL。而光伏电池的特性可由以下公式说明: 

 
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